基夫賽特?zé)掋U法是一種目前公認的節(jié)能、環(huán)保、資源綜合利用好的工藝技術(shù)，尤其適用于鉛鋅聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。

　　基夫賽特爐按照冶煉功能的不同可分成熔煉區(qū)和電熱區(qū)兩大部分。熔煉區(qū)由反應(yīng)塔、牛鼻子通道、上升煙道和熔煉區(qū)熔池等部分組成;電熱區(qū)由煙氣空間和電熱區(qū)熔池等部分組成。

　　反應(yīng)塔(溫度在1400℃左右)、牛鼻子通道、上升煙道(溫度高于1300℃)是基夫賽特爐冶煉過程中溫度最高的部位，也是對耐火材料要求較苛刻的區(qū)域。反應(yīng)塔上部的煙氣屬于強氧化性氣氛;而在反應(yīng)塔下部、牛鼻子通道、上升煙道下部等靠近熔池的區(qū)域，由于熔池表面熾熱焦炭濾層的存在，煙氣中含有大量的CO，屬于強還原性氣氛。

　　基夫賽特爐熔渣溫度在1300℃左右，為堿性渣。熔池側(cè)壁因直接與熔渣接觸，是受熔渣沖刷和侵蝕最嚴重的部位。因此，其熔池側(cè)壁也采用了銅水套加嵌磚的結(jié)構(gòu)形式，達到節(jié)本增效的效果?；蛸愄貭t的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

　　基夫賽特爐爐底直接接觸鉛液，是其最重要的部位。雖然爐底鉛液的溫度只有600～900℃，但是鉛液具有很強的滲透性和侵蝕性，并且其密度大，避免出現(xiàn)浮底和漏鉛的現(xiàn)象，對爐底鋼殼采用強制鼓風(fēng)冷卻;在爐底鋼殼和爐底工作層之間采用高熱導(dǎo)率的基礎(chǔ)層，讓滲漏的鉛液在接觸爐底鋼板前凝固。

　　基夫賽特爐電熱區(qū)爐膛溫度在1200℃左右，爐膛內(nèi)氣氛為還原性氣氛。在電熱區(qū)爐頂設(shè)有3個電極孔，在電極孔和電極之間采用氮氣密封，以保持電熱區(qū)爐膛空間的還原性氣氛。電熱區(qū)出口煙道處的爐墻設(shè)有爐門，用以引入空氣，使煙氣中的可燃氣體復(fù)燃，并使金屬揮發(fā)物氧化成氧化物，以煙塵形態(tài)回收。

1 基夫賽特爐耐火材料的選擇

　　國外基夫賽特爐內(nèi)襯耐火材料的選擇為:爐底基礎(chǔ)層采用石墨磚。爐底工作層，在爐底反拱兩側(cè)和端墻等與水冷水套接觸的部分選用鋁鉻磚，其他部分選用鎂鉻磚，四周采用鋁鉻磚。其余部位根據(jù)使用工況的不同，采用了不同配料和不同生產(chǎn)方式的鎂鉻磚。

　　長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司根據(jù)考察結(jié)果，并根據(jù)基夫賽特爐不同部位的工況，決定在不同部位采用不同材質(zhì)的耐火材料：

　　(1)爐底基礎(chǔ)層。爐底基礎(chǔ)層要求使用壽命長，在爐子運行年限內(nèi)不作更換處理。根據(jù)爐底基礎(chǔ)層的使用工況，它對耐火材料耐火度要求不高，但要求防滲漏，抗鉛液侵蝕，并具有較高的耐壓強度和良好的導(dǎo)熱性能。在該部位采用石墨磚或氮化硅結(jié)合碳化硅磚。石墨磚的導(dǎo)熱性能優(yōu)異;氮化硅結(jié)合碳化硅磚也有良好的導(dǎo)熱性能能滿足設(shè)計要求，國內(nèi)已有許多成功利用氮化硅結(jié)合碳化硅磚取代石墨磚的先例。

　　通過考察工作發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)石墨磚，各項指標(biāo)均不低于進口石墨磚，在耐壓強度指標(biāo)方面能滿足設(shè)計要求。本設(shè)計最終選擇了導(dǎo)熱性能優(yōu)異的石墨磚。

　　(2)爐底工作層。根據(jù)爐底工作層的使用工況，該部位的耐火材料要求耐磨損，抗鉛液侵蝕，耐壓強度高，但對耐高溫和抗熱震性要求不高。如果在該部位全部采用鋁鉻磚，可徹底消除耐火材料在水套漏水等情況下發(fā)生水化的風(fēng)險;同時，鋁鉻磚雖然在耐高溫和抗熱震等方面不如鎂鉻磚，但其密度大，氣孔率低，耐壓強度高，其抗沖刷性、抗?jié)B透性、抗侵蝕性和耐磨損性等性能應(yīng)更好;此外，考慮到鋁鉻磚可采用磷酸鹽結(jié)合，在高溫下更容易燒結(jié)，從而更能達到防鉛液滲漏的目的。因此，在爐底工作層部位不再采用四周用鋁鉻磚、中間用鎂鉻磚的設(shè)計思路，而是全部采用鋁鉻磚。

　　(3)熔池水套嵌磚。根據(jù)工況，該部位的耐火材料要求抗沖刷磨損，抗熔渣和鉛液侵蝕，耐高溫，同時具有一定的抗熱震性。鎂鉻磚和鋁鉻磚均屬堿性耐火材料，均可應(yīng)用于該區(qū)域。但考慮到熔池水套嵌磚和爐底工作層的工況相近，本設(shè)計最終選擇鋁鉻磚作為主要耐火材料。

　　(4)反應(yīng)塔、牛鼻子通道、上升煙道等部位的嵌磚。根據(jù)工況，這些部位的耐火材料要求抗煙塵和煙氣沖刷，耐高溫，耐腐蝕，抗熱震。在反應(yīng)塔的上部，耐火材料要求能抗氧化性氣氛;而在反應(yīng)塔下部、牛鼻子通道和上升煙道，耐火材料要求能抗還原性氣氛。該區(qū)域可選用鎂鋁尖晶石磚，因為鎂鋁尖晶石磚的耐高溫性能和抗熱震性能較好，并且能應(yīng)用于氧化性氣氛和還原性氣氛;另外，考慮到國內(nèi)閃速爐的生產(chǎn)實踐，該區(qū)域也可選用高密度的半再結(jié)合鎂鉻磚。通過比較，考慮到耐火材料的無鉻化發(fā)展趨勢，鎂鋁尖晶石磚更有利于對環(huán)境的保護，本設(shè)計中最終選擇了鎂鋁尖晶石磚。

　　(5)電熱區(qū)爐頂和爐墻。根據(jù)工況，該部位的耐火材料須具備耐高溫性，抗熱震，耐Pb、Zn蒸氣腐蝕等特點，同時要求能應(yīng)用于還原性氣氛。該部位可供選擇的耐火材料較多，如直接結(jié)合鎂鉻磚、鎂鋁尖晶石磚、鋁鉻磚，甚至可采用高鋁磚，并且它們在國內(nèi)均有成功應(yīng)用的先例，其中選用直接結(jié)合鎂鉻磚的較多。初步想法是采用直接結(jié)合鎂鉻磚，但通過綜合考慮之后，最終選擇了鋁鉻磚，主要是考慮到采用低氣孔率的鋁鉻磚更能抵抗Pb、Zn蒸氣侵蝕。

2 基夫賽特爐內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 爐底結(jié)構(gòu)

　　整個爐底，包括爐底鋼殼，爐底耐火材料都呈圓弧形，其反拱中心角約47°。爐底耐火材料分基礎(chǔ)層、工作層和填料層來設(shè)計。

　　爐底基礎(chǔ)層的設(shè)計厚度為150mm，底部反拱半徑6643mm。石墨磚設(shè)計采用環(huán)砌方法，共設(shè)計5種楔形磚，其中2種磚型可配砌成A環(huán)，另3種磚型可配砌成B環(huán);A、B環(huán)相間砌筑，實現(xiàn)環(huán)間錯縫的目的。這種環(huán)間錯縫的結(jié)構(gòu)提高了爐底基礎(chǔ)層砌筑的整體性，降低鉛液滲漏到爐底鋼板位置的可能性。由于石墨磚的熱膨脹系數(shù)小，使用區(qū)域溫度低(低于300℃)，不需設(shè)置膨脹縫，由兩側(cè)碟形彈簧裝置補償高溫膨脹。

　　爐底工作層的設(shè)計厚度425mm，即單塊磚的的長度425mm。這個厚度設(shè)計考慮了所盛熔體的溫度、沖刷作用、腐蝕性以及磚體的使用壽命等因素。

　　爐底工作層設(shè)計采用錯砌方法，能增強砌體的整體性、嚴密性和防滲漏性，防止發(fā)生浮底現(xiàn)象。在軸向、環(huán)向均留設(shè)膨脹縫，軸向每6塊磚設(shè)置2mm膨脹縫，環(huán)向共設(shè)置4條2mm膨脹縫。鋁鉻磚共設(shè)計2種楔形非標(biāo)磚型，減少鋁鉻磚生產(chǎn)過程中的模具制作量，防止砌筑過程中產(chǎn)生三角縫。在每環(huán)鋁鉻磚的兩側(cè)設(shè)置2塊拱角磚，錯縫砌筑。

　　在爐底基礎(chǔ)層和爐底工作層間設(shè)置10mm填料層，采用鋁碳質(zhì)耐火搗打料填充。填料層作為工作層和基礎(chǔ)層的過渡，可以補償上下兩層磚的尺寸偏差，可以保證上下兩層磚在溫度波動時自由滑動互不牽扯。填料層中敷設(shè)0.5mm厚的薄鋼板，由若干塊搭疊而成，能有效防止鉛液滲漏。

　　整個爐底厚度585mm，相對較薄。但基夫賽特爐的爐底設(shè)有專門冷卻風(fēng)通道，散熱較快，配合高導(dǎo)熱石墨磚，可很快散發(fā)傳導(dǎo)到爐底的熱量。通過設(shè)計計算知，填料層的溫度已低于鉛的熔點，鉛液會在填料層中冷凝，不會影響到爐底鋼板，能確保爐底長期安全穩(wěn)定運行而不會滲漏?；蛸愄貭t的爐底部位不再設(shè)置固定的拱腳梁，而是在基礎(chǔ)層、工作層的兩側(cè)外部設(shè)置“Z”字形鑄鋼水套作為拱腳梁，通水冷卻。拱腳梁外部采用碟形彈簧裝置頂緊爐底反拱，目的是讓爐底磚在使用過程中始終處于壓緊狀態(tài)，增加整個爐底砌磚體對熱脹冷縮的適應(yīng)能力，防止熱脹時應(yīng)力過大壓碎磚體或冷縮時產(chǎn)生縫隙。

2.2 水套嵌磚結(jié)構(gòu)

　　水套嵌磚指熔池、反應(yīng)塔、牛鼻子通道、上升煙道等部位的銅水套嵌磚。雖然銅水套的形狀各異，為考慮制耐火磚的方便性，對不同的銅水套尺寸只設(shè)計1種磚型，切磚砌筑。在水套燕尾槽(開槽斷面形狀象燕子尾巴)的橫斷面上不再如國外設(shè)計成2塊磚配砌，而是采用1塊整磚的結(jié)構(gòu)。水套嵌磚是一種獨特的結(jié)構(gòu)，既能減少高溫?zé)煔馀c銅水套的接觸面積，減少熱損失，又能增強水套表面掛渣效果，從而有效保護銅水套表面。

2.3 電熱區(qū)爐頂結(jié)構(gòu)

　　基夫賽特爐電熱區(qū)爐頂跨度大(5500mm)，軸向長(11000mm)，并且需設(shè)3個直徑達1000mm的電極孔，因此，電熱區(qū)爐頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計是一個難點。在爐頂結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，吸取了國外的經(jīng)驗，借鑒了國內(nèi)大型吊掛爐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，形成了獨特的結(jié)構(gòu)。電熱區(qū)爐頂為圓弧形拱形結(jié)構(gòu)，中心角約50.5°，拱內(nèi)環(huán)半徑6170mm。設(shè)計采用環(huán)砌，每環(huán)由27塊楔形磚和2塊拱腳磚組成;膨脹縫分散留設(shè)，軸向每隔4環(huán)磚留3mm的膨脹縫，環(huán)向每5塊磚留1mm的膨脹縫，膨脹縫采用耐高溫陶瓷纖維紙?zhí)畛洹Ｕ麄€電熱區(qū)爐頂為獨立結(jié)構(gòu)，重力作用在鋼結(jié)構(gòu)上，拱頂兩側(cè)設(shè)置拱頂梁，拱頂梁懸掛在鋼結(jié)構(gòu)上，采用彈簧裝置壓緊。電熱區(qū)爐頂整體厚度設(shè)計為350mm，但在沿基夫賽特爐的軸向方向，每間距1000mm左右設(shè)計環(huán)450mm厚的楔形磚，作為爐頂梁，爐頂梁吊掛在爐頂鋼結(jié)構(gòu)上，通過限制其偏移，達到防止整個爐頂受熱后大幅移動的目的。電熱區(qū)爐頂設(shè)計成整體吊掛結(jié)構(gòu)，按環(huán)向每隔3～5塊楔形磚，設(shè)計采用不銹鋼掛件吊掛在爐頂鋼結(jié)構(gòu)上，吊掛件為活動結(jié)構(gòu)，可讓楔形磚在受熱后小范圍移動;沒有吊掛的楔形磚間采用銷軸連接，起到上下限位的作用。以上結(jié)構(gòu)能防止?fàn)t頂在熱應(yīng)力作用下變形而導(dǎo)致塌陷。電極孔由24塊磚組合而成，電極孔組合磚與其他爐頂磚嚴密接縫，不僅減少切磚工作量，而且保證了砌筑的強度。在電熱區(qū)爐頂靠近隔墻的部位設(shè)計成活動的砌體，由4環(huán)磚組成，上設(shè)單獨的吊掛系統(tǒng)，可單獨提升，方便隔墻水套的更換。

2.4 電熱區(qū)爐墻結(jié)構(gòu)

　　電熱區(qū)爐墻的高度為1157mm，厚度480mm，三面圍繞電熱區(qū)，電熱區(qū)的另一面爐墻由隔墻水套組成。爐墻內(nèi)側(cè)的鋁鉻磚厚度345mm，外側(cè)砌筑的輕質(zhì)黏土磚作保溫層，鋁鉻磚和輕質(zhì)黏土磚之間夾20mm的耐火陶瓷纖維毯。電熱區(qū)爐墻的膨脹縫水平方向每4塊磚留2mm的膨脹縫，夾耐火陶瓷纖維紙;垂直方向不留，由電熱區(qū)爐頂和電熱區(qū)爐墻間隙補償。電熱區(qū)爐墻主要磚型為標(biāo)準(zhǔn)磚，尺寸為×150mm×75mm和230mm×115mm×。電熱區(qū)爐墻設(shè)計為獨立結(jié)構(gòu)，用耐熱鑄鋼件

　　懸掛在鋼結(jié)構(gòu)上。電熱區(qū)爐頂和爐墻的獨立支撐結(jié)構(gòu)能有效防止它們因受熱膨脹帶來的相互影響。

　　基夫賽特爐所用耐火材料內(nèi)襯只是技術(shù)性能要求較高的常規(guī)化產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)品完全可以滿足生產(chǎn)要求，因此國產(chǎn)化是完全可行的?；蛸愄貭t耐火材料內(nèi)襯國產(chǎn)化可以大幅度地降低工程建設(shè)投資，避免受制于人，促進國內(nèi)耐火材料行業(yè)的發(fā)展，是一舉多得的措施。隨著基夫賽特爐的投產(chǎn)、運行和實踐過程的完善，其良好的應(yīng)用前景是可預(yù)期的。